于子淇周壁和赵子磊占俊杜海龙（指导教师）
（中国民航大学，天津300300）
1研究背景
最初的防撞灯是采用白旋转信标，但随着使用后人们逐渐发现，过亮的白灯光会射入驾驶舱内产生使人晕眩的散射光，这会让机组人员无法看清仪器仪表并长期工作于疲惫状态，严重影响飞行安全，所以人们选择使用红的滤光器来降低白光对机组人员的影响，随着灯光技术的发展，防撞灯的功能和种类也得以扩展，如今的防撞灯主要分为旋转信标和频闪灯两大类[1]。 如今，根据飞机取得合格证的时间不同，对防撞灯也有不同的审定要求，1977年7月18日以后获得审批的飞机，对防撞灯的各个方面都有了更加严格规范的要求。
2频闪灯概述
2.1频闪灯功能
频闪灯常用于作飞机的防撞灯，作为飞机航行灯系统的组成之一，每架飞机都配备了两个防撞灯，分别被设置在机身顶部与机腹部。按照规定，防撞灯一般情况下采用红灯光，只要飞机处于运行状态，防撞灯就须工作。
2.2频闪灯的组成
频闪组件由透镜组件、组件模块、监控模块三部分组成，组件模块由两串，每串13个的LED和用来将LED灯光分配到指定方向的反射器组成，透镜组件用来增强射出的灯光。监控模块包括了寿命计时和温度检测两种功能，防撞灯寿命计时器都有经过预先编程，使得LED灯在达到使用寿命时失效，根据对飞机的飞行计划进行LED寿命预测，每组LED灯在符合标准的情况下将可以使用40000小时，微处理器在监控LED使用时间的同时监控LED在整个使用周期内的温度。
3仿真模型
3.1仿真软件的选择
本次设计将运用EDA技术实现频闪灯电路的仿真，目前在市面上被广泛使用的EDA仿真软件有：PROTEL、EWB、VIEWLOGIC、PSPICS、GRAPHICS、LSLLOGIC等等，本文选用的软件是PROTEUS，PROTEUS相较其它几款软件，可以仿真51系列、AVR、ARM等常用的主流单片机，同时它还支持KEIL、MATLAB等多种编译器，功能完备且容易上手[2]。 3.2变压控制盒部分
3.2.1变压整流
频闪灯变压控制盒的控制电路主要功能是对飞机提供的115V，400Hz的交流电进行变压整流，为频闪灯正常工作提供的所需直流电压。
当飞机电源接入控制盒的控制电路时，最先进行的是对交流电的变压和整流处理。频闪灯组件由13个额定电压为5V的LED组件串联而成，根据技术手册规定，频闪灯最低工作电压为65VDC，变压器次级绕组感量的计算公式如下
V1
V2
=n1
n2
（1）
L2=L1
物联网天线（n1/n2）^2
（2）其中V1是原边电压，V2是副边电压，n1为原边匝数，n2为副边匝数，L1为初级绕组感量，L2为次级绕组感量。
经过变压处理的电源需通过整流处理成为直流电以驱动LED。整流是利用二极管的单向导通性实现的，常用的整流方式有半波整流、全波整流和桥式整流三种方法。其中，桥式整流作为二极管半波整流的一种改进类型，具有整流效率高、稳定性好等优点，其电路结构图如图1所示。
图1桥式整流电路原理图
摘要：频闪灯（防撞灯）是飞机航行灯系统中重要的组成部分之一。目前飞机上使用的防撞灯主流分为氙气灯和LED灯两种，LED应用于飞机上相对较晚，其对比于氙气灯，LED具有高亮度、低耗能、启动迅速、使用寿命长等优点，本文将分析目前已有的LED频闪灯电路的控制策略，运用EDA仿真技术构建一套以51单片机为控制核心仿真模型，并使用C语言编写相应程序来实现对频闪灯的控制。
关键词：频闪灯（防撞灯）；LED；控制策略；仿真模型；C语言
中图分类号：V242文献标识码：A文章编号：2096-4390(2021)
11-0072-04
图2经各方式整流后的波形
对比半波整流的输出波形，桥式整流将交流输入小于零的部分全都变为正，半波整流则直接将交流输入小于零的部分全部截止。桥式整流的输出波形图与全波整流的波形图完全一致，但桥式整流电路中的每一只二极管所承受的最大反向电压
为变压器次级电压的最大值，仅为全波电路中的一半，经各方
式整流后的波形如图2所示，图中自上而下第一条为输入的交
流电的波形，第二条是交流电经半波整流的波形，
第三条是交流电经全波整流后的波形，第四条为交流电经桥式整流的波形。
输入的交流电经桥式整流后的电压计算公式如下。
V o =2姨V i -0.7*2（3）式中V o 是经整流后输出直流电压，V i 是整流前的交流电
压。
由此公式（1）、（2）、（3）计算可得，飞机提供给频闪灯系统的电压是115V 、400Hz 交流电，当次级绕组感量为0.165H 时，
变压后电压为46.3VAC ，整流后输出的直流电压可满足65VDC ，即满足频闪灯正常工作时的需求。
图3电路对输入电压进行变压整流处理3.2.2放大电路
暖风炉放大电路可以增加信号的输出功率，
它通常通过外部电源获得能量，输出与输入信号一致的波形，
但振幅要更强于输入信号。推挽电路作为一种常用的放大电路，
被广泛的应用于各式开关电路及功放电路中，其电路主要由两个参数相同、
极性相反的晶体管或场效应管相连而成，
其电路结构如图4所示。图4推挽电路的基本结构
两只极性相反的三极管均工作在线性放大区，共基极、
共发射极，当输入信号处于正半周期时，上方的NPN 管工作在导通状态负责放大并将信号从发射极输出，此时下方PNP 管处于截止状态；而当输入信号处于负半周期时，下方三极管导通，放
大后的信号从发射极输出，此时NPN 型三极管截止[3]。两只三极管分别工作半个周期，
其输出的i c2、i c3波形分别如图5所示。LED 组件需要较高的电压进行驱动，故需要外加一偏置电路建立一定的直流偏置，使三极管工作在甲乙类状态下，其电路结构如图6所示。
图6甲乙类电源互补对称电路结构图
当电路处于静态时波形如下，其上为单片机输出的PWM 控制信号的波形，其下经放大电路放大后的波形。
图7放大电路的工作波形
3.2.3单片机控制
单片机是一种超大规模集成电路技术，
将具有数据处理能力的中央处理器CPU 、随机存储器RAM 、只读存储器ROM 等功能集成到一块芯片上，是一个体积虽小但功能完善的微型计算机系统。选用单片机作为控制器的主要原因是单片机具有集
成
（b ）波形图
图5输出波形图
（a ）波形图
度高、存储空间大、外围可扩展能力强以及控制能力出众的优点。作为应用最广泛的单片机之一，51单片机系列一直广泛应用于工业测控系统中，其稳定可靠的电路结构使它成为频闪灯控制器的不二选择[4]。
51单片机作为电路的核心控制器，起到控制LED组件闪光速度，闪光频率及故障判断的作用，需要使用到单片机自带的定时器。51单片机的定时器共有四种工作方式，本次设计选择使定时器0工作在方式1来产生一个PWM信号。
图8PWM信号产生的原理框图溶角蛋白酶
由于51单片机外接的晶振频率为11.0592MHz，所以51单片机的一个机器周期为12/11.0592微秒，为方便计时，需为定时器0需要装载一个初值，设每50毫秒计入一次中断程序，则这个初值应为0.05/（12/（11.0592*10^6）），即初值约为46080，设置好中断定时后，根据手册标准，频闪灯的闪光频率应在每分钟42+3/-2次之间，所以一个闪光周期约为1.43秒且每个周期内LED发光时间约为250毫秒，闪光的占空比为15.5%~17.8%，对于单片机而言，由于每次中断的定时为50毫秒，所以大约每进入29次中断完成一个闪光周期，每次进入中断后计数器加一，当计数器所计的变量Time小于24时，单片机通过2.1脚输出一个高电平，当变量Time大于24而小于29时，单片机2.1脚输出低电平信号，当Ti
me等于29时表明一个闪光周期结束，计数器归零后重复上述操作，按控制规律变化的电位信号就是所需的PWM控制信号。
当PWM波输出为高时，单片机会输出一个+5V的电信号，电流无法流通场效应管，LED处于熄灭，当PWM波输出为低时，单片机引脚等效接地，场效应管导通，电流流经场效应管加在LED组件两端，LED正常工作，至此一个闪光周期工作结束。
3.3监控部分
3.3.1温度检测
尽管LED作为一种冷光源，它的发热量相较白炽灯和氙灯有了显著的下降，但狭小的安装空间导致LED灯及其电路中的电阻等元器件在工作时依然会积累不小的热量，若温度过高则会对电路产生损伤，甚至还会影响到飞机的安全飞行。为了保证频闪灯能工作在正常温度下，LED组件需要对LED灯串的温度进行实时监测。
DS18B20作为最常用的数字温度传感器，具有抗干扰、体积小、精度高等优点，其工作范围在-55℃～+125℃，更高的分辨率赋予它更高的测温精度，独特的单线接口方式且不需要任何外围元件的辅助使得检测电路无需设计的过于冗杂，十分适合作为频闪灯系统的温度检测传感器。（图9）
当监控单片机所读取的温度超过预先设定的温度值时，监控单片机的2.1脚会被拉低至低电平监控用单片机的2.1脚与控制电路的单片机的2.2脚相连，当控制电路的单片机检测到失效信号后，将会改变频闪灯的工作周期及闪光频率，并在闪烁约5秒后熄灭。发生改变后的波形如图10所示，其中第一个是失效信号的波形，第二个是控制信号的波形，横坐标每格为450毫秒。
图10失效前后控制波形的对比
3.3.2寿命监控
本设计选用51单片机作为频闪灯工作状态的监控器。为了记录频闪灯的工作时长，首先需要51单片机的计数器0工作在方式1，依旧设置每50毫秒进入一次中断，当频闪灯开启时单片机开始计时，计时的最小单位为秒，所以每进入二十次中断程序后，秒数自加1，若变量秒数大于等于60，则将变量秒数置零，变量分自加一，当变量分大于等于60时，将变量分清零，变量时自加1，当工作40000小时后，LED开始逐渐出现光强不达标等失效表现，所以在变量时累加到大于等于40000时，单片机的2.1脚也会被拉低至低电平，频闪灯的工作周期及闪光频率发生改变并在持续约5秒后熄灭，这一行为将保持到更换新的LED组件为止。
3.4仿真结果分析
根据测试标准对仿真电路进行检测，使用直流电源替换交流电源接入频闪等电路，开始仿真，当直流电源设置为65V时，LED灯组正常闪烁，将电压升至100v时，LED亮度增加，闪烁频率依旧为每分钟42次。在检测变压控制盒时，将输入控制盒的交流电压设置为115V、400Hz，使用示波器对控制盒输出的电流进行监测，观察其波形符合图11要求，测试使用的负载灯满足按每分钟40~45次的频率标准闪烁，所以仿真电路
整
图9DS18B20的封装图（转下页）
体设计满足使用频闪灯的使用需求。4结论本设计所做的是对飞机新型频闪灯控制策略的研究及建模仿真，为了使频闪灯能精准可靠的工作，频闪灯控制电路需要完成对输入交流电的整流、变压、
产生控制信号和对控制信号的放大等功能。
首先，控制电路需要将输入的交流电变压整流成电路所需的直流电提供给单片机和LED 灯，控制芯片需要实现单稳态触发多谐振荡的功能来输出符合要求的PWM 信号，PWM 信号经
放大电路放大后控制场效应管的通断，
进而控制频闪灯的闪烁周期及闪光时长，监控芯片则需要实现计时器的功能并且需要与频闪灯同步工作，当不满足频闪灯正常工作的条件时发出失
效信号表明频闪灯处于失效状态，
而控制芯片则需要对失效信号做出相应的反应以提醒机组和维修人员频闪灯故障。
参考文献
[1]David A.Lombardo 著张鹏，孙淑光等译.小型飞机的结构和
使用[M].北京：航空工业出版社，2006.
[2]沙占起.高保真功率放大器电源的设计[J].电子世界,2000(6):8-9.
[3]陈进.微机继电保护测试系统电流放大技术的研究[D].武汉：华中科技大学，2008.
[4]刘包利.浅谈单片机及其扩展运用[J].内蒙古科技与经济，2010
（22）：96-97.
基金项目：本文系中国民航大学2020年度大学生创新创业
训练计划项目资助，项目编号：202010059026。作者简介：于子淇（1999，12-），男，汉族，籍贯：吉林舒兰，中
国民航大学本科在读，电子信息工程方向。
图11一种新型的汽车监控终端系统的设计与实现
付建宽张庆余张苏林
（中汽数据（天津）有限公司，天津300000）机柜空调器
排毒柜
1概述
近年来各家车企纷纷在自家量产车型上配置车载终端，
包装容器期望实现对车辆的远程监控，以便及时掌握车辆的故障情况和运行状态，对于单个用户来说通过手机APP 就可以查看这些信息，国家对此也出台了相应的管理规定[1]，但是对于多种不同厂
家不同型号的车辆管理起来就显得捉襟见肘了，
另外对于一些没有配置车载终端的车型也很难统一远程调度管理。为了满足这种需求，本文设计实现了一种新型的汽车监控终端系统，可以无缝衔接各类车型。
2系统硬件设计2.1系统整体设计
监控终端采用明远智睿公司的MYZR-IMX28-CB142核心
板，CPU 为NXP 的i.MX287，主频454MHz ，内存128MB
DDR2-400存储128MB NandFlash ，邮票孔结构，
搭载自研的底板，扩展了各种功能模块，底板上采用中科微电子的ATGM332D-5N 导航定位模块来获
取GPS 、北斗等卫星导航系
统的卫星信号，实现联合定位、
导航与授时；采用广和通公司的NL668无线通讯模块实现车联网；
采用免驱的USB 摄像头获取车内图像信息[2]；通过OBD 转接线连接车辆的CAN 总线；通过GPIO 外接DS18B20温度传感器感知车内实时温度[3]
；通过GPIO 外接MQ2烟雾气敏传感器感知车内有害气体浓度[4]；另外
底板上预留了一路RS232调试串口、一路RS485工业总线、
一路百兆以太网RJ45口。系统总体结构组成框图如图1所示。
限于篇幅，下面仅对底板上电源电路、
定位模块摘要：本文阐述了基于ARM 架构的i.MX287设计的一种新型汽车监控终端系统，移植并构建了嵌入式的Linux 系统，在
Ubuntu 环境下进行底层驱动程序和应用程序设计，通过交叉编译生成目标文件，然后烧写到目标板上
运行。该系统具有数字化、
小型化、易于编程和调试、运行稳定等特点。本文详细介绍了该系统硬件设计、软件驱动、
应用程序的基本原理及具体实现方案和最终测试结果。该终端系统通过了高低温、潮湿、震荡、电磁兼容等环境试验，运行平稳无故障出现，显示了良好的工作性能和环境适应能力。
关键词：i.MX287；汽车监控终端；Linux 驱动；
内核中图分类号：TN91，TP277，TN87文献标识码：A 文章编号：2096-4390(2021)11-0075-03（转下页）
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